Tubuslinseneinheit mit chromatisch kompensierender Wirkung Tube lens unit with chromatic compensating effect
Die Erfindung bezieht sich auf eine Tubuslinseneinheit, die bei Verwendung mit Objektiven unendlicher Bildweite und chromatischen Restfehlern eine chromatisch kompensierende Wirkung erzielt. Die Tubuslinseneinheit ist insbesondere zur Erzeugung eines farbfreien primären Zwischenbildes im Abbildungsstrahlengang von Mikroskopen geeignet.The invention relates to a tube lens unit, which achieves a chromatically compensating effect when used with lenses of infinite image width and chromatic residual errors. The tube lens unit is particularly suitable for generating a color-free primary intermediate image in the imaging beam path of microscopes.
Aus dem Stand der Technik sind sogenannte ICS- Systeme ("infinity color free system") bekannt, die im wesentlichen aus einem Objektiv mit chromatischen Restfehlern und unendlicher Bildweite und einer Tubuslinseneinheit mit chromatisch kompensierender Wirkung bestehen. Mit einer solchen Kombination wird erreicht, daß das Zwischenbild trotz der chromatischen Restfehler des Objektivs ohne chromatische Aberrationen entsteht und so eine weitestge- hend farbtreue Wiedergabe mikroskopischer Objektdetails im gesamten Bildfeld erzielt wird.So-called ICS systems ("infinity color free system") are known from the prior art, which essentially consist of an objective lens with chromatic residual errors and infinite image width and a tube lens unit with a chromatically compensating effect. With such a combination it is achieved that, despite the chromatic residual errors of the objective, the intermediate image is created without chromatic aberrations and a largely color-accurate reproduction of microscopic object details in the entire image field is achieved.
Ein wesentlicher Nachteil der bislang bekannten ICS-Systeme besteht allerdings darin, daß der Abstand zwischen dem Objektiv und der Tubuslinseneinheit nur in engen Grenzen variabel ist, so daß diese ICS-Systeme an vorgegebene Tubusbrennweiten gebunden und insofern nur für die Anwendung in Geräten nutzbar sind, für die sie konzipiert wurden.
Oftmals ist es für den Anwender aus Kos t engrunden jedoch wünschenswert, eine Tubuslinseneinheit austauschbar für mehrere optische Gerate zu verwenden, von denen jedes zunächst nur für eine gesonderte feste Brennweite konzipiert war.A major disadvantage of the ICS systems known to date, however, is that the distance between the objective and the tube lens unit can only be varied within narrow limits, so that these ICS systems are bound to predetermined tube focal lengths and can therefore only be used for use in devices, for which they were designed. However, for reasons of cost it is often desirable for the user to use a tube lens unit interchangeably for several optical devices, each of which was initially only designed for a separate fixed focal length.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Tubuslinseneinheit der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei gleichbleibender chromatisch kompensierender Wirkung für mehrere optische Gerate mit verschiedenen Tubusbrennweiten einsetzbar ist.The invention is therefore based on the object of providing a tube lens unit of the type mentioned at the outset, which can be used for a plurality of optical devices with different tube focal lengths with the same chromatically compensating effect.
Diese Aufgabe wird gelost mit einer Tubuslinseneinheit, die folgende Bedingungen erfüllt: Gleichung (1) CHL = CHL0 - Aτ 2 mτ φτ = 0 Gleichung (2) CHV = CHV0 - lOOOλ mτ φτ di = 0This problem is solved with a tube lens unit that fulfills the following conditions: Equation (1) CHL = CHL 0 - A τ 2 m τ φ τ = 0 Equation (2) CHV = CHV 0 - lOOOλ m τ φ τ di = 0
- CHL der chromatischen Langsabweichung der Tubuslinseneinheit;- CHL the chromatic longitude deviation of the tube lens unit;
- CHL0 der chromatischen Langsabweichung des Objektivs;- CHL 0 the long chromatic aberration of the lens;
- CHV der chromatischen Vergroßerungsdifferenz der Tubuslinseneinheit;- CHV the chromatic magnification difference of the tube lens unit;
- CHV0 der chromatischen Vergroßerungsdifferenz des Objektivs;- CHV 0 the chromatic magnification difference of the lens;
- λ der Wellenlange,- λ of the wavelength,
- m-r der Dispersions zahl der Tubuslinseneinheit aus mτ = me = 1/λv, wobei e der Index der Hauptfarbe ist und v die Abbezahl; A dem Aufpunkt;- mr the dispersion number of the tube lens unit from m τ = m e = 1 / λv, where e is the index of the main color and v is the Abbe number; A the starting point;
- di der Entfernung des ersten optischen Elementes
der Tubuslinseneinheit von der Eintrittspupille,- The distance of the first optical element the tube lens unit from the entrance pupil,
- φτ der Brechkraft und- φ τ of refractive power and
- T dem Index der jeweiligen Linse in der Tubuslinseneinheit .- T the index of the respective lens in the tube lens unit.
Für beide Gleichungen soll das Produkt aus den Werten mτ und φτ den gleichen Betrag haben.For both equations, the product of the values m τ and φ τ should have the same amount.
Die CHL wird in Rayleigh-Einhei ten RE und die CHV in h angegeben. Durch Normierung auf Rayleigh- Einheiten (IRE = λ/sinus) hat die zu kompensierende CHL einen aperturangepaßten Wert für Objektive und somit auch für Tubuslinseneinheiten beliebiger Brennweite. Die in V. angegebene CHV muß für Tubuslinseneinheiten beliebiger Brennweiten einen konstanten Wert haben.The CHL is given in Rayleigh units RE and the CHV in h. By standardizing on Rayleigh units (IRE = λ / sinus), the CHL to be compensated has an aperture-adjusted value for lenses and thus also for tube lens units of any focal length. The CHV given in V. must have a constant value for tube lens units of any focal length.
Die Tubuslinseneinheiten müssen wenigstens eine Linse als kompensierendes optisches Elemente aufweisen. In Ausgestaltungen kann jedoch vorgesehen sein, daß zwei oder mehr Linsen als kompensierende optische Elemente vorhanden sind.The tube lens units must have at least one lens as compensating optical elements. In embodiments, however, it can be provided that two or more lenses are present as compensating optical elements.
Sind zwei Linsen vorgesehen, können beide Linsen als bikonvexe Linsen ausgebildet sein. Alternativ können eine bikonvexe Linse und ein Kittglied vorgesehen sein, wobei das Kittglied bevorzugt eine bikonkave und eine konvexplane Linse umfaßt. Die plane Fläche sollte dabei okularseitig angeordnet sein. In weiteren Ausges t altungs arianten der erfindungsgemäßen Tubuslinseneinheit ist auch die
Verwendung mehrerer Kittglieder vorstellbar.If two lenses are provided, both lenses can be designed as biconvex lenses. Alternatively, a biconvex lens and a cemented element can be provided, the cemented element preferably comprising a biconcave and a convex plane lens. The flat surface should be arranged on the eyepiece side. Another embodiment of the tube lens unit according to the invention is also the Conceivable use of several putty links.
Bei Ausfuhrung der erfindungsgemäßen optischen Tubuslinseneinheit sind grundsatzlich zwei Falle zu unterscheiden .When executing the optical tube lens unit according to the invention, two cases must be distinguished.
In einem ersten Fall A werden die mit den Gleichungen (1) und (2) vorgegebenen Bedingungen mittels zweier optischer Elemente erfüllt, bei denen es sich jeweils um Einzellinsen oder Kittglieder handeln kann.In a first case A, the conditions given by equations (1) and (2) are met by means of two optical elements, which can each be individual lenses or cemented elements.
Die Kompensationswirkung wird für unterschiedliche Vergrößerungen erzielt, und zwar durch Kombination beliebiger ICS-Systeme mit der erfindungsgemäßen Tubuslinseneinheit, sofern deren optische Elemente zum Beispiel Brennweiten 1 , 3 f ; lf; 0,8f; ... 0,25f haben .The compensation effect is achieved for different magnifications, specifically by combining any ICS systems with the tube lens unit according to the invention, provided that their optical elements, for example, focal lengths 1, 3 f; lf; 0,8f; ... have 0.25f.
Es wird gesetzt: Ki = -Aτ 2 , K2 = lOOOλ di, wobei Kn und Ki2 Koeffizienten des ersten optischen Elementes und K2χ und K22 Koeffizienten des zweiten optischen Elementes sind.The following is set: Ki = -A τ 2 , K 2 = lOOOλ di, where K n and K i2 are coefficients of the first optical element and K 2 χ and K 22 are coefficients of the second optical element.
Die Dispersionszahlen itii und m2 der optischen Elemente werden bestimmt nachThe dispersion numbers itii and m 2 of the optical elements are determined according to
Gleichung (3) Kn φi x + Ki2 φ2 m2 = -CHL und Gleichung (4) K2i φi λ + K22 φ2 m2 = -CHV wobei die Werte Kn, Ki2, K2ι und K22 aus der Durchrechnung mit φi bestimmt sind.Equation (3) Kn φi x + K i2 φ 2 m 2 = -CHL and equation (4) K 2i φi λ + K 22 φ 2 m 2 = -CHV where the values Kn, K i2 , K 2 ι and K 22 are determined from the calculation with φi.
In einem zweiten Fall B werden die mit den Glei-
chungen (1) und (2) vorgegebenen Bedingungen mittels einer einzelnen Linse erfüllt. Hier lassen sich die Vorgaben aus den Gleichungen (3) und (4) ableiten, indem für φi = φτ und für φ2 = 0 gesetzt wird .In a second case B, those with the chung (1) and (2) given conditions by means of a single lens. Here the requirements can be derived from equations (3) and (4) by setting for φi = φ τ and for φ 2 = 0.
Wegen der Grenzwerte für die Dispersionszahlen mτ zwischen 20 und 90 sind Tubuslinseneinheiten unter Verwendung nur einer kompensierenden Einzellinse auch nur mit begrenzten Brennweiten möglich. Für darüber hinaus gehende Brennweiten ist auch im Fall B ein Kittglied einzusetzen.Because of the limit values for the dispersion numbers m τ between 20 and 90, tube lens units are only possible with limited focal lengths using only one compensating single lens. For focal lengths beyond this, a cemented element must also be used in case B.
Hierfür gelten die Bedingungen:The conditions apply:
Gleichung (5) Ki mτ φτ = -CHL undEquation (5) Ki m τ φ τ = -CHL and
Gleichung (6) K2 mτ φ-r = -CHV wobei mτ = -CHL/Ki φτ ist. Damit ergibt sich auch der Wert für CHV.Equation (6) K 2 m τ φ-r = -CHV where m τ = -CHL / Ki φ τ . This also gives the value for CHV.
Der spezielle Fall B ist bisher in Verbindung mit Tubuslinsen mit einer Brennweite f = 160 mm realisiert worden .The special case B has so far been realized in connection with tube lenses with a focal length f = 160 mm.
Mit der er f indungsgemaßen Losung ist die Grundlage geschaffen worden, daß in der Tubuslinseneinheit auch optische Elemente (Linsen) einsetzbar sind, deren Brennweite f wesentlich von dem bisher üblichen Wert f = 160 mm abweichen.With the solution according to the invention, the basis has been created that optical elements (lenses) can also be used in the tube lens unit, the focal length f of which deviate significantly from the previously customary value f = 160 mm.
Es wurde weiterhin ermittelt, daß für kompensierende optische Elemente in der Tubuslinseneinheit bekanntes technisches Glas, z.B. SF6, für eine Brenn-
weite von 350 mm einsetzbar ist. Hierdurch laßt sich erreichen, daß für eine ICS-Optik Objektive mit den chromatischen Restfehlern CHL = -5,7 [RE] und CHV = -14,2 [°r.] genutzt werden können.It was also determined that for compensating optical elements in the tube lens unit known technical glass, for example SF6, for a focal point. width of 350 mm can be used. This makes it possible to use lenses with the chromatic residual errors CHL = -5.7 [RE] and CHV = -14.2 [° r.] For ICS optics.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigenThe invention is explained in more detail below using two exemplary embodiments. Show
Fig.l eine Tubuslinseneinheit nach Fall A mit einer Einzellinse und einem Kittglied aus einer bikonkaven und einer konvexplanen Linse,1 shows a tube lens unit according to case A with a single lens and a cemented element consisting of a biconcave and a convex plane lens,
Fig.2 eine Tubuslinseneinheit nach Fall B mit einer Einzellinse,2 shows a tube lens unit according to case B with a single lens,
Fig.3 eine weitere Tubuslinseneinheit nach Fall A, hier jedoch mit zwei Kittgliedern .3 shows another tube lens unit according to case A, but here with two cemented members.
In Fig.l ist die Ausführung einer Tubuslinseneinheit TL nach Fall A im Prinzip dargestellt. Vom linken Zeichnungsrand beginnend sind vorhanden: die optische Achse 1; die Position 2 der Eintrittspupille eines (zeichnerisch nicht dargestellten) Objektivs; eine im Abstand dι=126 mm von der Position 2 angeordnete erste Linse 3 als kompensierendes optisches Element mit der Dicke d2=6 mm sowie den Radien r3ι=62,634 mm und r32=-117,15 mm; eine im Abstand d3=25,l mm folgende Kittgruppe als zweites kompensierendes optisches Element, bestehend aus einer bikonkaven Linse 4 mit der Dicke d4=2 mm und den Radien r41=-55,033 mm und r42=49,048 mm und einer konvexplanen Linse 5 mit der Dicke d5=3,5 mm
und den Radien r5ι=49,048 mm und r52=∞. Der Abstand zwischen der konvexplanen Linse 5 der Kittgruppe und der Zwischenbildebene 7 beträgt d6=167 mm.In Fig.l the execution of a tube lens unit TL according to case A is shown in principle. Starting from the left margin of the drawing there are: the optical axis 1; the position 2 of the entrance pupil of a lens (not shown in the drawing); a first lens 3 arranged at a distance d = 126 mm from position 2 as a compensating optical element with the thickness d 2 = 6 mm and the radii r 3 = 62.634 mm and r 32 = -117.15 mm; a cement group following at a distance d 3 = 25.1 mm as a second compensating optical element, consisting of a biconcave lens 4 with the thickness d 4 = 2 mm and the radii r 41 = -55.033 mm and r 42 = 49.048 mm and a convex plane Lens 5 with the thickness d 5 = 3.5 mm and the radii r 5 ι = 49.048 mm and r 52 = ∞. The distance between the convex plane lens 5 of the cement group and the intermediate image plane 7 is d 6 = 167 mm.
Die Eintrittspupille des Objektivs unendlicher Bildweite, dessen chromatischer Restfehler im Zusammenwirken mit der dargestellten Tubuslinseneinheit TL kompensiert werden soll, befindet sich an de r Position 2.The entrance pupil of the lens of infinite image width, the chromatic residual error of which is to be compensated for in cooperation with the tube lens unit TL shown, is located at position 2.
Als Glas sind vorgesehen: für die Linse 3 N-PK51; für die Linse 4 N-LAK10; für die Linse 5 N-SF5.The following are provided as glass: for the lens 3 N-PK51; for the lens 4 N-LAK10; for the lens 5 N-SF5.
In Fig.2 ist ein Aus führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tubuslinseneinheit TL nach dem weiter oben beschriebenen Fall B dargestellt.2 shows an exemplary embodiment of the tube lens unit TL according to the invention according to the case B described above.
Am linken Zeichnungsrand beginnend sind hier vorgesehen: die optische Achse 1; die Position 2 der Eintrittspupille eines (zeichnerisch nicht dargestellten) Objektivs, eine in einem Abstand von d7=126 mm folgende einzelne Linse 6 mit einer Dicke d3=10,9 mm sowie den Radien r6ι= 189 , 417 mm und r62=- 189,417 mm. Der Abstand zwischen der Linse 6 und der Zwischenbildebene 7 beträgt d9=167 mm. Auch in dieser Darstellung ist das Objektiv unendlicher Bildweite, dessen chromatischer Restfehler mittels der dargestellten Tubuslinseneinheit TL kompensiert wird, zeichnerisch nicht dargestellt. Die Eintritt spupille dieses Objektivs befindet sich an der Pos it ion 2.Starting at the left edge of the drawing, the following are provided: the optical axis 1; the position 2 of the entrance pupil of a lens (not shown in the drawing), a single lens 6 following at a distance of d 7 = 126 mm with a thickness d 3 = 10.9 mm and the radii r 6 ι = 189, 417 mm and r 62 = - 189.417 mm. The distance between the lens 6 and the intermediate image plane 7 is d 9 = 167 mm. In this illustration too, the objective of infinite image width, the chromatic residual error of which is compensated by means of the tube lens unit TL shown, is not shown in the drawing. The entrance pupil of this lens is at the Pos it ion 2.
Die Linse 6 ist aus technischem Glas N-BaLF4 gefer-
t i g tThe lens 6 is made of technical glass N-BaLF4 Untitled
Fig.3 zeigt eine weitere mögliche Ausführung der erfindungsgemäßen Tubuslinseneinheit TL nach Fall A. Hier sind zunächst wiederum ersichtlich die optische Achse 1, die Position 2 der Eintrittspupille eines (zeichnerisch nicht dargestellten) Objektivs und die Zwischenbildebene 7.3 shows a further possible embodiment of the tube lens unit TL according to the case A. Here, the optical axis 1, the position 2 of the entrance pupil of an objective (not shown in the drawing) and the intermediate image plane 7 are shown.
Abweichend von der Ausführung nach Fig.l sind in dieser AusgestaltungsVariante zwei Kittglieder als kompensierende optische Elemente vorhanden, wobei ein erstes der beiden Kittglieder aus zwei Linsen 8 und 9 und das andere Kittglied aus zwei Linsen 10 und 11 bestehen.Deviating from the embodiment according to FIG. 1, two cemented elements are present as compensating optical elements in this embodiment variant, a first of the two cemented elements consisting of two lenses 8 and 9 and the other cemented element consisting of two lenses 10 and 11.
Die Linse 8 ist aus Glas N-PSK 53 mit der Dicke dn=4 mm und den Radien rBι=23,714 mm und ra2=-37,584 mm gefertigt. Die Linse 9 besteht aus Glas N - LASF45, hat eine Dicke von di2= 2 mm und ist mit Radien rgι=-37,584 mm und r92=-375,84 mm ausgeführt.The lens 8 is made of glass N-PSK 53 with the thickness dn = 4 mm and the radii r B ι = 23.714 mm and r a2 = -37.584 mm. The lens 9 consists of glass N-LASF45, has a thickness of d i2 = 2 mm and is designed with radii r g ι = -37.584 mm and r 92 = -375.84 mm.
Die Linse 10 im zweiten Kittglied besteht aus technischem Glas N-FK5, weist eine Dicke dι4= l,5 mm sowie die Radien rιoι=-105,93 mm und r102= 6,13 mm auf. Für die Linse 11 ist als Material N-LASF45 vorgesehen, die Dicke beträgt dι5=2,5 mm, die Radien sind mit rm=6,13 mm und rn2=8,9125 mm vorgegeben.The lens 10 in the second cemented member consists of technical glass N-FK5, has a thickness dι 4 = 1.5 mm and the radii rιoι = -105.93 mm and r 102 = 6.13 mm. N-LASF45 is provided as the material for the lens 11, the thickness is 5 = 2.5 mm, the radii are specified with rm = 6.13 mm and rn 2 = 8.9125 mm.
Der Abstand zwischen der Position 2 der Eintrittspupille und dem ersten Kittglied beträgt dι0=126 mm, der Abstand zwischen den beiden Kittgliedern di3=25,82 mm und der Abstand zwischen dem zweiten
Kittglied und der Zwischenbildebene 7 beträgt
The distance between position 2 of the entrance pupil and the first putty is d = 0 = 126 mm, the distance between the two putties d i3 = 25.82 mm and the distance between the second Kittglied and the intermediate image level 7
Die Aufgabe der Erfindung, nämlich eine Tubuslinseneinheit TL zu schaffen, die bei guter chromatisch kompensierender Wirkung für mehrere optische Geräte mit verschiedenen Tubusbrennweiten einsetzbar ist, wird wie dargestellt erreicht durch Einführung geeigneter Brennweiten und Glaswerkstoffe für die Elemente der Tubuslinseneinheit TL.
The object of the invention, namely to create a tube lens unit TL, which can be used with a good chromatic compensation effect for several optical devices with different tube focal lengths, is achieved, as shown, by introducing suitable focal lengths and glass materials for the elements of the tube lens unit TL.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 opti sehe Achs e1 opti see axis e
2 Posi tion der Eintrittspupil le eines Obj ekt ivs2 Position of the entrance pupil of an object ivs
3 Linse3 lens
4 Linse4 lens
5 Lins e5 lenses
6 Linse6 lens
7 Zwischenbildebene7 intermediate image plane
8 Linse8 lens
9 Linse9 lens
10 Linse10 lens
11 Linse11 lens
TL Tubuslinseneinheit du Abstände bzw. Dicken 1] Radien
TL tube lens unit with distances or thicknesses 1] radii